JPH0277693A - 原子力発電所の再循環流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は？１１１ｆｆｉ！水型原子炉の再循環流ｍ　Ｉ
ＩＪ　ＦＩＩＪ装置に係り、特にインターナルポンプ使
用の原子炉に関する。

（従来の技術） 原子力発電プラントにおける原子炉の出力制御は、一般
に制御棒の位置制御と原子炉炉心を通過する減速材の流
量を制御することによって行われている。従来この炉心
を通過する減速材の量は、原子炉圧力容器の外に設けた
冷却材再循環ポンプの速度を制御することによって調整
されていた。

近年、上記の再循環ポンプ系を簡素化するため、原子炉
圧力容器内部に再循環ポンプを設けた所謂インターナル
ポンプ型の原子炉が開発されている。

このインターナルポンプは、原子炉圧力容器内に炉心を
包囲して多数の小容量の単位ンプを設置して構成してい
る。インターナルポンプは小型で殊にその慣性定数は非
常に小ざく、インターナルポンプ駆動用の電源が喪失し
た時には急速に停止するため原子炉冷却材のレベルが急
速に上昇してタービンをトリップさせ最終的には原子炉
スクラムを招き易い。

第３図はインターナルポンプを設けた沸騰水型原子炉の
戦略構成図で、原子炉圧力容器１内には炉心２が収容さ
れ、炉心２の下部と圧力容器１の内周との間の環状の空
間には、インターナルポンプを形成する小容量の多数の
単位ポンプ３が配置されていて、夫々のモータ３ＡＩ乃
至３８５には速度検３°Ａ１乃至３°Ｂ５が取付けられ
ている。また圧力容器１内には冷却材である軽水が収容
されている。ざらに圧力容器１の下方には、制御棒位置
制御装置４が設けられ、図示しない制御棒は圧力容器底
部を貫通する制御棒駆動機構５を介して前記制御装置４
により炉心２に対し挿扱される。例えば、近年の大容量
原子炉で１０００ＨＷｅクラスでは、単位ポンプ３は１
０台程度、また制御棒は約２００本捏度設置されるのが
普通である。

なお、圧力容器１の下方には各制御棒の位置を検出する
制御棒位置検出器６Ａ乃至６Ｘが各制御棒駆動機構５に
対応して設けられ、炉心２内には炉心内に分布して各部
分の中性子束を測定する局所出力モニタ７へ乃至７Ｘが
設けられている。

原子炉で発生した蒸気は図示しない気水分離器を経由し
て主蒸気管８を経由してタービン９を駆動し、ここで仕
事をした俊に図示しないコンデンサにおいて復水され、
図示しない給水加熱器等を経由して再び圧力容器１に戻
される。なお、タービン９にはこれに駆動される発電機
１０、主蒸気管８には主蒸気止弁１１と加減弁１２が設
置されている。

インターナルポンプを構成する複数個の単位ポンプ３は
第４図の回路構成図に示す回路により駆動されている。

即ち、単位ポンプ３は例えば１つおきの半数を１グルー
プとした単位ポンプモータ３Ａ１乃至３Ａ５と３８１乃
至３８５を含む２つのグループに分割され、各グループ
毎に次の如くして給電する。発電機１０の出力は主変圧
器１３と遮断器１４を経て外部の電力系統に送り出され
ると共に、所内変圧器１５Ａ　、１５Ｂ及び受電遮断器
１６Ａ　、１６Ｂを経て所内母線１７＾、１７Ｂに送り
出される。この所内母線１７Ａ　、　１７Ｂには夫々母
線遮断器１８Ａ　、　１８Ｂを介して母線１９＾、１９
Ｂが接続され、この母線１９Ａ１１９Ｂには遮断器２０
＾、２０Ｂと起動変圧器２１Ａ、２１Ｂを介して外部の
送電線２２Ａ　、２２Ｂから給電されている。

前記所内母線１７Ａ　、　７Ｂは送電線２２Ａ　、　２
２Ｂと、所内変圧器１５Ａ　、１５Ｂとの双方から給電
されることはなく、原子力発電所の停止及び起動時には
起動変圧器２１Ａ　、２１Ｂから、また運転中は所内変
圧器１５Ａ　、１５Ｂから受電するように受電遮断器１
６Ａ１１６Ｂと母線遮断器１８Ａ　、１８Ｂを切換えて
いる。

単位ポンプモータ３Ａ１乃至３＾５．３Ｂ１乃至３Ｂ５
は夫々別グループとされ、単位ポンプモータ３Ａ１と３
Ａ２及び３Ｂ１と３８２は遮断器２３Ａと２３Ｂを経て
所内母線１７Ａと１７Ｂから給電され、単位ポンプモー
タ３Ａ３乃至３Ａ５及び３Ｂ３乃至３Ｂ５は、遮断器２
４Ａと２４８を経て安定化電源装置２５Ａ　、　２５Ｂ
から給電される。この安定化電源装置２５Ａ　、　２５
Ｂは夫々駆動モータ２６Ａ　、　２６Ｂと発電機２７Ａ
　、　２７Ｂを接ぐ軸上にはフライホイル２８＾、２８
Ｂが設けてあり、駆動モータ２６Ａ　、　２６Ｂへの給
電がなくなっても一定時間はこのフライホイル２８Ａ　
１２８Ｂの慣性で発電機２７Ａ　、　２７Ｂを発電して
単位モータ３Ａ３乃至激な低下現象であるコーストダウ
ンを防ぐようにしている。

なお、単位ポンプモータ３＾１乃至３Ａ５及び３Ｂ。

乃至３Ｂ５の回転速度は夫々に設けた可変周波数電源装
置２９Ａ１乃至２９Ａ５及び２９Ｂ１乃至２９Ｂ５によ
って制御される。

（発明が解決しようとする課題） 従来のシステムにおける安定化電源装置２５Ａ１２５Ｂ
は、炉心流量の急激な低下を抑制して、燃料棒の健全性
を維持するため、フライホイル２８Ａ、２８Ｂに対して
通常３乃至５秒の時定数を保有させる必要がある。この
フライホイル２８Ａ　、　２８Ｂの時定数は慣性モーメ
ント（ＧＤ２）に代表される様に質量と半径で決まるの
で、この必要時定数を得るには、型状が大型で極めて重
量が大となり、限られたスペースに収納、することが困
難であった。

また、駆動モータ２６＾、２６Ｂによる起動電流も大き
くなり、このため起動変圧器２１Ａ　、　２１Ｂ　、所
内変圧器１５＾、１５Ｂ等の容量も大きくする必要があ
リ、原子カプラントの経済的設計を妨げる要因となって
いた。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、その第１の目的
は、コンパクトな安定化電源装置を提供することで、第
２の目的としては、原子力発電所の所内電源喪失時にも
、原子炉炉心流量の急激な低下を抑制して安定した原子
炉の運転を行なう。

また第３の目的は、安定化電源装置へ供給電源の容量を
小さくして設置場所の削減と経済性を向上することにあ
る。

（発明の構成） （課題を解決するための手段） 原子炉圧力容器内に単位ポンプモータによるインターナ
ルポンプを複数配設し、この複数の単位ポンプモータを
半数宛ての２群に分かち、これ等の駆動電源を各群毎に
独立した所内電源より供給すると共に、各群の内一部は
直接所内電源より供給し、他の単位ポンプモータには複
数の慣性モーメントの大きな安定化電源装置を介して一
括して供給し、この安定化電源装置の一部には速度調節
可能な起動装置と相互に同期装置を設ける。

（作　用） 安定化電源装置を複数とし、しかも順次起動をして起動
電流を小さく、起動時間を短くして所内電源の小型化と
電源機器の設置場所の縮小をする。

またインターナルポンプの一部には慣性モーメントの大
きな安定化電源装置を介して電力を供給されるので、所
内電力喪失時にも炉心流量の急速な低下を防止して、燃
料等の健全性を維持し、原子炉の安易なスクラムを防止
する。

（実施例） 本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

なお上記した従来と同一構成部分には同一符号を付して
、詳細な説明は省略する。

第１図は回路要部の構成図で、例としてＡグループにつ
いて示す。所内母線１７Ａより遮断器２３Ａを介して、
可変周波数電源装置２９Ａ１と２９Ａ２に電源を供給し
て、モータ３＾１と３＾２を駆動する。

また所内母線１７＾より別途遮断器２４Ａと３８Ａを介
して、第１の安定化電源装置３０＾の駆動モータ３１Ａ
と第２の安定化電源装置３４Ａの駆動モータ３５Ａを駆
動する。各安定化電源装置３０Ａ　、３４Ａは駆動モー
タ３１＾、３５Ａに駆動される発電機３２Ａ１３６Ａが
、フライホイル３３Ａ　、　３７Ａを介して連結して構
成されている。発電機３２Ａと３６への出力は遮断器３
９Ａと４０八を経由して、併合され可変周波数電源装置
２９Ａ３乃至２９Ａ５に供給されて、単位ポンプモータ
３Ａ３乃至３Ａ５を駆動する。

なお、第１及び第２の安定化電源装置３０Ａ、　３４＾
は互に発電機３２Ａと３６Ａの容量と慣性定数が同じく
し、しかも第３図に示した従来の安定化電源装なお、所
内母線１７＾より遮断器４１Ａを介して起動装置４２Ａ
に電力を供給し、この出力は第２の安定化電源装置３４
Ａの駆動モータ３５Ａに接続する。

ざらに、発電機３２Ａと３６Ａを同期化するための同期
装置として遮断器３９Ａの出力側と発電機３６Ａの出力
側に同期検出器４３Ａを設けて構成されている。この同
期信号は起動装置４２＾に入力して、第１の安定化電源
装置３０Ａの出力に対して第２の安定化電源装置３／Ｉ
Ａの出力が同期するよう起動装置４２Ａで第２の安定化
電源装置３４への出力を調整し、同期を確認した上で遮
断器４０Ａを投入して、その俊速断器３８Ａを投入して
から、遮断器４１Ａを開いて、起動装置４２Ａを切離す
。この起動装置４２Ａは通常定格速度の±３〜５％の範
囲の速度調整を可能にしておく。

なお以上の構成は図示しないＢグループにも設けられて
いるものである。

次に上記構成による作用について説明する。

単位ポンプモータ３Ａ１．３Ａ２の駆動は遮断器２３Ａ
を投入して行なう。他の単位ポンプモータ３Ａ３乃至３
Ａ５については遮断器２４Ａと遮断器４１Ａを順次投入
すると第１の安定化電源装置３０＾と第２の安定化電源
装置３４Ａが運転される。各々の発電＠３２Ａ　、３６
Ａより電圧が発生すると遮断器３９＾を投入し、発電機
３２Ａに発電機３６Ａを同期させる様に起動装置４２Ａ
を調整して、発電機３６Ａの周波数と位相を、また図示
していない発電機電圧調整装置で電圧を調整する。発電
機３２Ａと発電機３６への出力が同期した時に遮断器４
０＾を投入する。

その後、遮断器３８Ａを投入し、遮断器４１Ａを開にし
て起動装置４２Ａを回路より切離し、起動装置４２Ａは
図示しない切換回路を接続して、同じく図示しないＢグ
ループの起動に使用することもできる。

以上により可変周波放電Ｗ、　２９Ａ３乃至↓％萼；−
１２９Ａ５に電力が供給され、単位ポンプモータ３Ａ３
乃至３Ａ５が駆動される。

ここで、インターナルポンプを構成する各単位ポンプ３
＾１乃至３８５は小容量のため慣性モーメントが小であ
るから、これを駆動する電源が喪失すると、ポンプ速度
は急速に低下して、冷却材中のボイドは急増する。従っ
てポンプの電源喪失により原子炉出力は減少するが、燃
料の時定数のため電源喪失後のごく短時間に燃料棒表面
熱流束と冷却材流量との間にミスマツチを生じ、燃料の
健全性を損うこととなる。しかしながら、所内母線１７
Ａの電源が喪失すると、単位ポンプモータ３＾１と３Ａ
２は急速に速度を低下するが、単位ポンプモータ３Ａ３
乃至３＾５は第１の安定化電源装置３０八と第２の安定
化電源装置３４Ａより電力を供給されており、しかもこ
の安定化電源装置３ＯＡ　、３４Ａの慣性定数は下の１
式で示すように （ここでＧ・・・定数、Ｄ・・・フライホイールの半径
。）約３秒位保有するようにしているので、単位ポンプ
モータ３Ａ３乃至３Ａ５の速度は、前記単位ポンプモー
タ３Ａ１．３Ａ２に比べてゆっくりと低下する。

従って、炉心入口流量の急速降下を阻止することもでき
るので、燃料の健全性を損う恐れもない。

第２図に）、■、０は夫々インターナルポンプの所内交
流電源喪失時の炉心入口流量と炉心の中性子束及び原子
炉水位の時間的変化を示す特性図であって、夫々の点線
で示した曲線４４ｂ　、　４５ｂ　。

４６ｂは全てインターナルポンプが所内交流電源のみに
よって駆動されている場合で、実線で示した曲線４４ａ
　、　４５ａ　、　４６ａは本発明の場合を示す。所内
交流電源のみによる各点線の曲線の場合には、第２図に
）と第２図０から判るように炉心入口流量が急速に低下
し、燃料の健全性が損われると同時にスウェリングによ
る原子炉水位が上昇するので、速やかに原子炉スクラム
やタービントリップを行う必要が生じる。しかしながら
本発明によれば、１０台中６台のインターナルポンプの
運転が暫時継続されるので第２図Ｑと第２図０の実線の
曲線４４ａ　、４６ａで示すように炉心入口流量の低下
はゆるやかであり、そのため燃料の健全性は維持され原
子炉水位の上昇も抑制される。従って原子炉スクラムや
タービントリップを回避することができ、単位ポンプモ
ータの電源回復後は直ちに原子炉出力を上昇できて、電
力系統に電力を供給することができる。

また第１及び第２の安定化電源装置３０＾、３４Ａは常
に順次起動をするので、夫々の起動電流、起動時間が小
さいく、所内電源装置を小さくすることができる。

〔発明の効果〕

以上本発明によれば、第１に安定化電源装置を分割して
小ざくできるので、原子力発電所内の空きスペースに無
理なく収容設置でき、建屋の縮小化、経済的合理化が可
能とする効果がある。　次に第２として、安定化電源装
置が小さいので、起動電流、起動時間がより小さく、し
かも順次起動するので、所内電源設備を小さくすること
ができる効果がある。さらに第３には、所内電源喪失時
にも、炉心入口流量の急速な降下、を抑制できるので、
燃料の健全性を維持でき、安易な原子炉スクラムやター
ビントリップを行なわないので安定した運転で、稼動効
率と信頼性を向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の回路要部の構成図、第２図に）は炉心
入口流量特性図、第２図面は中性子束特性図、第２図０
は原子炉水位特性図、第３図はインターナルポンプ採用
の沸騰水型原子炉の概略構成図、第４図は従来の回路構
成図である。 １・・・原子炉圧力容器、 ３・・・単位ポンプ、 ３Ａ１乃至３Ａ５．３Ｂ１乃至３８５ ・・・単位ポンプモータ、 １７Ａ、　１７Ｂ・・・所内母線、 ２９＾１乃至２９Ｂ５・・・可変周波数電源装置、３０
＾、３４Ａ・・・安定化電源装置、３１Ａ、　３５Ａ・
・・駆動モータ、 ３２Ａ、３６Ａ・・・発電機、 ３３＾、３７＾・・・フライホイール、４２Ａ・・・起
動装置、 ４３Ａ・・・同期装置。 代理人　弁理士　大　胡　曲　夫 第　　１１！１ →綺閣ｄ父） 第　　２　　図 亭 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原子炉圧力容器内にポンプとモータを結合した単位ポン
   プモータのインターナルポンプを複数配設して冷却材の
   循環を行う原子炉において、前記複数の単位ポンプモー
   タを半数宛ての２群に分かち、これ等の駆動電源を各群
   毎に独立した所内電源より供給すると共に、各群の内一
   部は直接所内電源より供給し、他の単位ポンプモータに
   は複数の慣性モーメントの大きな安定化電源装置を介し
   て一括して供給し、この安定化電源装置はその一部に速
   度調節可能な起動装置と相互に同期装置を設けたことを
   特徴とする原子力発電所の再循環流量制御装置。